EP2853217A1 - Chirurgisches Gerät mit verbessertem Netzmodul - Google Patents

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EP2853217A1
EP2853217A1 EP20130186749 EP13186749A EP2853217A1 EP 2853217 A1 EP2853217 A1 EP 2853217A1 EP 20130186749 EP20130186749 EP 20130186749 EP 13186749 A EP13186749 A EP 13186749A EP 2853217 A1 EP2853217 A1 EP 2853217A1
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EP
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control circuit
voltage
load
power supply
circuit
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Florian Schulz
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Erbe Elecktromedizin GmbH
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    • A61B18/1206—Generators therefor
    • A61B2018/1286—Generators therefor having a specific transformer

Definitions

  • the invention relates to a surgical device, in particular an HF surgical device for feeding a surgical instrument.
  • Electrosurgical devices typically have a power supply that provides the device with electrical power from the public grid. This reveals the DE 11 2009 001250 T5 a device whose power supply contains adjustable inverters for powering HF generators.
  • the RF generator is configured for the simultaneous delivery of various RF output voltage waveforms. These serve as an alternative to cutting or coagulating.
  • the device is controlled by a central module with a user interface, whereby this central component controls both the power supply and the HF generator.
  • the power supply is controlled by events occurring in the RF circuit to increase or decrease its voltage. For this purpose, the central control module sends a corresponding direct current request to the power supply.
  • the primary objective of the operation control circuit is to control the load, i. for example, the RF generator and the associated power supply part.
  • the primary task of the PFC control circuit is the control of the boost converter.
  • the PFC control circuit may also control a low voltage supply part which, like the power supply part, is connected to the intermediate circuit voltage.
  • the low voltage supply part is used to generate a low voltage of, for example, 12V, which is isolated in terms of potential from the power supply network.
  • the digital communication interface between the PFC control circuit and the operation control circuit allows data to be exchanged therebetween, the PFC control circuit and the operation control circuit otherwise operate autonomously.
  • the PFC control circuit includes, for example, a microcontroller or other preferably programmable designed control device. It can have programmed control properties. This may include programmed transient response, adjustable current limiting, undervoltage detection, over-voltage detection, overcurrent detection and device switching depending on the measured input voltage. Components that can be switched depending on input voltage, in particular inductive storage elements of the boost converter. Undervoltage detection, over-voltage detection, overcurrent detection or the like can be used to generate signals.
  • the digital communication interface enables the notification of such events (undervoltage, overvoltage, overcurrent and the like) by transmitting signals (event signals) from the PFC control circuit to the operation control circuit.
  • the operation control circuit can be informed about a power failure, for example, before the DC link voltage drops significantly.
  • it can switch off all major energy consumers (load, display, fans and the like) and operate data backup with the remaining residual energy stored, for example, on buffer capacitors of the DC link, and transfer active controllers to a defined idle state.
  • the PFC control circuit and the operation control circuit are preferably spatially separated from each other. You can be housed on a board or in different blocks.
  • the spatial and functional separation of the PC control circuit of The operation control circuit allows easy galvanic isolation and specialization of the PFC control circuit to the tasks of controlling the boost converter and possibly a low voltage supply while the operation control circuit can be optimized for the control of the load and the power supply.
  • the PFC control circuit and the operation control circuit can be kept as modules, for example, for different application or performance classes and each connected to each other through the digital communication interface. This provides simple adaptation and design possibilities for constructing various power supply parts for various tasks by means of typified components.
  • the load may be an RF generator that is operable in different modes with different power consumption.
  • the operation control circuit may control the load, ie, the RF generator, to cause the various modes of operation.
  • it can adapt the power supply part to different operating modes, for example by setting it to various desired voltages (eg 5 V to 250 V, depending on whether coagulation or cutting is to be performed).
  • the control circuit via the digital communication interface can give a signal to the PFC control circuit to adapt them to different services. This control processes that otherwise occur in load jumps to keep the DC link voltage constant, can be avoided or significantly shortened.
  • the PFC control circuit can thus be controlled in a predictive manner.
  • the operation control circuit is designed such that It sends a signal to the PFC control circuit via the digital communication interface before switching the operating work to adjust it to the imminent changed power consumption of the load. This can ensure that in the DC link at the beginning of a cutting process, the energy required for the gate is actually provided and available.
  • the PFC control circuit can additionally control a potential-separating DC-DC converter.
  • this can be designed as potential-separating flyback converter.
  • this flyback converter has a synchronous rectifier.
  • the PFC control circuit can control both the primary-side electronic switch of the flyback converter and the synchronous rectifier. By depositing appropriate characteristics and timing schemes in the PFC control circuit can be achieved that the flyback converter and the connected synchronous rectifier operate over a wide load range with high efficiency and also the electronic primary-side switch is safely switched in the current zero crossings. The same applies to the electronic switch of the synchronous rectifier.
  • the operation control circuit may send a signal to the PFC control circuit prior to a load change over the communication interface to adjust the operation of the boost converter to the imminent change in power demand of the load. This improves the performance of the power supply and a connected RF generator or other load. Also obtained in the boost converter data can be reported to the operation control circuit, for example, an orderly shutdown of the surgical device without loss of measured Data, settings and parameters.
  • the PFC control circuit 29 can be supplied with steady-state operation via the output of the low-voltage power supply with operating voltage. However, this is controlled by the PFC control circuit itself, so that in order to accelerate the start-up or even to enable a starting circuit can be provided. Preferably, this is provided with at least one electronic switch, which releases a resistive current path from the DC voltage intermediate circuit to the operating voltage input of the PFC control circuit until the low voltage supply part reliably supplies operating voltage. Once this is the case, the startup circuit becomes inactive. Thus, ohmic losses are minimized in their current path serving for temporary supply.
  • a surgical device 10 which serves for feeding a surgical instrument 11.
  • the instrument 11 may be an open surgical instrument or a laparoscopic instrument. It may, as shown, be monopolar, wherein a neutral electrode 12 is to be attached to the patient or object to be treated.
  • the instrument 11 may also be bipolar. In this case, eliminates the neutral electrode 12 and the instrument 11 is supplied via a two-wire line.
  • the instrument 11 and the neutral electrode 12 are connected via lines 13, 14 to the surgical device 10 to be supplied with power and optionally other media, such as. Rinsing fluid or the like.
  • the surgical device 10 contains for feeding the instrument 11, for example, an RF generator 15, which from the block diagram FIG. 2 evident. It forms together with the connected instrument 11 or the patient in the circuit an electrical load 16.
  • the electrical power to operate this load 16 comes from a supply network 17 to which the surgical device 10 is connected via a power line 17a.
  • a power supply 18 is arranged, which provides the required operating voltage for the load 16 and the required operating current.
  • the power supply 18 effects a potential separation between the load 16 and the supply network 17.
  • FIG. 2 Essential components of the surgical device 10 can be seen.
  • the boost converter 19 removes power via the power line 17a from the power grid 17 and feeds a DC voltage intermediate circuit 20 with a DC voltage of desired size, which is preferably greater than the peak value of the supplied mains voltage (eg. 400 V).
  • a line supply part 21 is connected, which serves to feed the load 16 with a suitable, preferably fixable within a wide operating range voltage of eg 5 to 250 volts.
  • the power supply part 21 is schematically made FIG. 5 seen. It contains a transformer 22, which serves for the potential separation and thus assigns the power supply unit 18 to a mains voltage-leading network-side first area 23 and to a patient-side second area 24 separated from the network potential.
  • the two areas 23, 24 include both the power supply 18 and a control device 25.
  • a low voltage supply part 26 which is connected on the input side to the DC voltage intermediate circuit 20 and at its output 27 provides a suitable low voltage of, for example, 12V.
  • the low voltage supply part 26 is in FIG. 4 separately illustrated. In turn, it contains a transformer 28 for potential separation, so that the low-voltage supply part 26 as well as the power supply part 21 partially belongs to the network-side area 23 and to another part to the patient-side area 24.
  • control device 25 This comprises a PFC control circuit 29, which lies in the network-side region 23.
  • control device 25 comprises an operation control circuit 30 which lies in the patient-side area 24.
  • the PFC control circuit 29 and the operation control circuit 30 are preferably via a bidirectional potential separating digital communication interface 31 connected to each other.
  • the PFC control circuit 29 also controls the operation of the boost converter 19 and, if present, the operation of the low voltage supply part 26. These interactions are in FIG. 2 illustrated by arrows 32, 33. In addition, information may be supplied to the PFC control circuit 29 from the network-side region 23 of the power supply 18, for example, from the boost converter 19, which arrow 34 indicates.
  • the operation control circuit 30 controls at least the power supply part, symbolized by the arrow 35.
  • the operation control circuit 30 may be configured to control the load 16 and obtain information from the load 16, as indicated by arrow 36.
  • the operation control circuit 30 may specify, for example, the modes such as cutting or coagulation.
  • the operation control circuit 30 may receive, for example, information about voltages and / or currents on the input side or output side of the RF generator 15.
  • FIG. 3 describes an embodiment of the boost converter 19, limited to its basic components.
  • a mains rectifier 37 is provided on the input side. These are followed by a series connection of an electronic switch 38 and an inductive component 39.
  • the control electrode of the electronic switch 38 which is formed for example as a MOSFET, receives control pulses via the designated by the arrow 32 line from the PFC control circuit 29.
  • the boost converter includes a rectifier diode 40 and a buffer capacitor 41.
  • a mains voltage signal can be tapped and supplied to the PFC control circuit 29.
  • a shunt 42 may be provided at a suitable location, the voltage drop is also supplied to the PFC control circuit 29 (arrow or bracket 34 in FIG FIG. 3 ).
  • the boost converter 19 feeds the DC intermediate circuit 20.
  • the power supply part 21 comprises an inverter 43, preferably designed as a full-bridge inverter. This then includes four electronically controllable switches, which are controlled via the operative connection 35 of the operation control circuit 30.
  • the primary winding 44 of the transformer 22 is connected to the inverter 43.
  • Its secondary winding 45 is connected to a rectifier block 46 whose output 47 supplies the load 16 with a DC voltage of, for example, 5 to 250 volts.
  • the rectifier block 46 may be formed by a diode bridge circuit as shown or by externally controlled switch as a synchronous rectifier.
  • the size of the DC voltage is preferably controllable by appropriate control of the inverter block 43 by the operation control circuit 30.
  • the designed for smaller power low-voltage supply part 26 is preferably designed as a flyback converter circuit.
  • the primary winding 48 of the transformer 28 is connected in series with an electronic switch 49.
  • the control electrode of the electronic switch 49 is connected to the PFC control circuit via suitable pulse transmission means 29 connected.
  • the secondary winding 50 of the transformer 28 is connected via an electronic switch 51 with one or more buffer capacitors 52, between which a sieve resistor 53 or a corresponding throttle may be located.
  • the control electrode of the electronic switch 51 is controlled by the PFC control circuit 29 via the operative connection designated by the case 33.
  • the PFC control circuit 29 may be constituted by a microcontroller which tunes the timing of turning on and off the electronic switches 49, 41 so that the switch 51 forms a synchronous rectifier.
  • a start-up circuit 57 which serves the PFC control circuit 29 after start so long to supply operating voltage until the low-voltage supply part 26 operates stably.
  • the start circuit 57 is connected to the DC voltage intermediate circuit 20. From there extends at least one ohmic resistance, preferably a resistor chain 58, to an electronic switch 59.
  • the series circuit of resistor chain 58 and electronic switch 59 forms a current path from the DC voltage intermediate circuit 20 to a low-voltage line 60, which is connected to the operating voltage input V 0 of the PFC Control circuit 29 is connected.
  • the line 60 is buffered by means of a capacitor 61 to ground.
  • the capacitor 61 is bridged with a Zener diode 62 for limiting the voltage.
  • the low-voltage-carrying line 60 is connected to the output 27 of the low-voltage supply part 26 via a supply current path.
  • the supply current path is in the present embodiment by the base-emitter diode one or more parallel-connected transistors, preferably npn transistors 63 formed.
  • the supply current path forms the control input for the electronic switch 59. As soon as sufficient current flows through the supply current path, the electronic switch 59 goes into its OFF state.
  • the electronic switch 59 is a field-effect transistor whose gate 64 is connected to the collector of the transistor 63 and via a pull-up resistor 65 to the resistor chain 58.
  • its gate may be connected to its source terminal via a voltage-limiting Zener diode. The field effect transistor conducts when its gate 64 is sufficiently positive with respect to its source terminal. It turns off when the gate 64 is at or near source potential.
  • the buffer capacitor 41 receives rectified mains half-waves and thus charges to a voltage that is initially lower than the desired intermediate circuit voltage. It now activates the start circuit 57 by a positive voltage to the gate 64 passes through the resistor chain 58 and the pull-up resistor 65. The switch 59 thus becomes ON, causing a charging current limited by the resistor chain 58 to flow to and charge the capacitor 61. The building up voltage is limited by the Zener diode 62.
  • the initial operation of the PFC control circuit 29 is enabled.
  • This can now send control pulses to the Hochsetzstelle 19, whereby this starts its operation and the desired intermediate circuit voltage builds up on the capacitor 41.
  • the low-voltage supply part 26 can start its operation under the control of the PFC control circuit 29 and provide the desired and required voltage at its output 27.
  • a supply current flows via the base-emitter diode of the transistor 63 onto the line 60, whereby the collector-emitter path of the transistor 63 becomes conductive.
  • the gate 64 of the field effect transistor is thereby pulled to source potential. In any case, the gate-source voltage drops below the threshold voltage of the field effect transistor, whereby it blocks (OFF).
  • the resistor chain 58 is thereby power and loss powerless.
  • the steady state operation of the PFC control circuit 29 is achieved.
  • the resistor chain can be designed so on the one hand relatively low impedance, on the one hand to allow a quick start and to meet the high power requirements of the PFC control circuit, on the other hand, the power loss occurring during operation is minimized by the automatic self-shutdown.
  • the boost converter 19 converts the ripple rectified AC line voltage into a DC voltage of, for example, 400V.
  • the electronic switch 38 is added opened and closed by the PFC control circuit 29 at a frequency well above the mains frequency. It can be provided that the PFC control circuit 29 monitors the voltage in the DC intermediate circuit 20 and regulates the duty cycle of the switch 38 so that the desired DC voltage is maintained.
  • the operation control circuit 30 has to specify a certain operation of the instrument 11, for example, coagulation operation.
  • This operating mode can be selected, for example, by one or more operating elements 54 on the housing of the surgical device 10 and signaled by one or more display devices 55. Additionally, the display 55 may be configured to display other parameters such as current, voltage, coagulation duration, or the like.
  • the generator 15 is to be activated, for example.
  • the operation control circuit 30 previously sets the power supply part 21 via the active connection 35 such that the voltage required for coagulation is present at the output 47. This is done by appropriate timing of the switch of the inverter 43.
  • the generator 15 can then be activated and its parameters, for example, the size of the current and / or the size of the voltage delivered monitored.
  • the RF generator 15, the operation control circuit 30 and the power supply part 21 can thus form a control loop to meet the desired parameters controlled or controlled according to predetermined functions.
  • the operation control circuit 30 may also control other modes of operation, such as gated cutting in a moist environment. This requires increased performance. While the operation control circuit 30 effects the regulation of the voltage at the output 47 by affecting the power supply part 21, it can report the upcoming increased power request to the PFC control circuit 29 via the communication interface 31. This can be set up to briefly increase the input current measured via the shunt 42.
  • the PFC control circuit differs from its otherwise assumed operation of keeping the voltage constant in the DC intermediate circuit 20. This is normally constantly regulated by measuring the voltage and comparing it with a setpoint value by the PFC control circuit 29. From the voltage difference, a current setpoint is calculated which is compared with the actual current measured at the shunt 42. In steady state operation, the switch 38 is controlled so that the actual current corresponds to the target current.
  • the PFC control circuit 29 may add an offset to the current setpoint and maintain for a given or selected time.
  • the step-up converter 19 conveys more energy into the DC intermediate circuit 20, which is now available for the power supply part 21 and the load 16, for example, to effect a gating operation.
  • the communication interface 31 between the PFC control circuit 29 and the operation control circuit 30 further allows further advantageous behaviors of the surgery device 10. For example, in the event of a power failure, i. Removal of the mains voltage to the power line 17, this is communicated via the designated by the arrow 34 active connection immediately the PFC control circuit 29 and from this via the communication interface 31 of the operation control circuit 30. A possible reaction is in such a case that the operation control circuit 30 immediately shuts off the power supply part 21, in order to allow as long as possible further operation of the low voltage supply part 26 from the energy stored in the DC intermediate circuit 20, for example on the buffer capacitor 41.
  • the at least parts of a second or even several seconds possible further operation of the low-voltage supply part 26 then makes it possible to store on not further illustrated components, such as particular memory and arithmetic units existing data and set values and then terminate the operation orderly. Energy-consuming components, such as in particular the display device 55, the load 16 or the like, however, are shut down immediately.
  • the surgical device 10 has a power supply 18, which contains at least one boost converter 19 and at least one power supply part 21.
  • the boost converter 19 or preferably the power supply part 21 causes a potential separation. Between both a DC voltage intermediate circuit 20 is provided.
  • the boost converter 19 is operated by its own PFC control circuit 29.
  • the power supply part 21 is operated by the operation control circuit 30 which controls the general operation of the surgery apparatus 10.
  • a digital communication interface 31 is provided, via which the operation control circuit 30 can receive additional information from the boost converter 19 or transfer it to it. This enables a particularly fast and safe response in the event of a power failure.
  • the boost converter can be operated in advance anticipating impending load changes. As a result, operating characteristics of the surgical device 10 can be improved, for example as regards the gate or the like.

Abstract

Das erfindungsgemäße Chirurgiegerät (10) weist ein Netzteil (18) auf, das mindestens einen Hochsetzsteller (19) und mindestens einen Leistungsversorgungsteil (21) enthält. Der Hochsetzsteller (19) oder bevorzugterweise das Leistungsversorgungsteil (21) bewirkt eine Potentialtrennung. Zwischen beiden ist ein Gleichspannungszwischenkreis (20) vorgesehen. Der Hochsetzsteller (19) wird von einer eigenen PFC-Steuerschaltung (29) betrieben. Das Leistungsversorgungsteil (21) wird hingegen von der Betriebsteuerschaltung (30) betrieben, die den allgemeinen Betrieb des Chirurgiegeräts (10) steuert. Zwischen der PFC-Steuerschaltung (29) und der Betriebssteuerschaltung (30) ist eine digitale Kommunikationsschnittstelle (31) vorgesehen, über die die Betriebssteuerschaltung (30) zusätzliche Informationen aus dem Hochsetzsteller (19) erhalten oder an diesen übergeben kann. Damit ist eine besonders schnelle und sichere Reaktion bei Netzspannungsausfall möglich. Außerdem kann der Hochsetzsteller vorausschauend unter Vorwegnahme bevorstehender Laständerungen betrieben werden. Dadurch können Betriebseigenschaften des Chirurgiegeräts (10) verbessert werden, beispielsweise hinsichtlich des Anschnitts oder dergleichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Chirurgiegerät, insbesondere ein HF-chirurgisches Gerät zur Speisung eines chirurgischen Instruments.
  • Elektrochirurgische Geräte weisen üblicherweise ein Netzteil auf, das das Gerät aus dem öffentlichen Netz mit elektrischer Leistung versorgt. Dazu offenbart die DE 11 2009 001250 T5 ein Gerät, dessen Netzteil einstellbare Wechselrichter zur Speisung von HF-Generatoren enthält. Der HF-Generator ist für die simultane Abgabe verschiedener HF-Ausgangsspannungswellenformen eingerichtet. Diese dienen alternativ zum Schneiden oder zum Koagulieren. Die Steuerung des Geräts erfolgt durch einen zentralen Baustein mit einem Benutzerinterface, wobei dieser zentrale Baustein sowohl das Netzteil als auch den HF-Generator steuert. Das Netzteil ist dabei anhand von im HF-Kreis auftretenden Ereignissen steuerbar, um seine Spannung zu erhöhen oder zu vermindern. Dazu sendet der zentrale Steuerbaustein eine entsprechende Gleichstromanforderung an das Netzteil.
  • Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Konzept für ein elektrochirurgisches Gerät mit verbesserter Systemarchitektur zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Elektrochirurgiegerät nach Anspruch 1 und ein Steuerverfahren nach Anspruch 15 gelöst:
    • Das erfindungsgemäße Elektrochirurgiegerät stellt eine vom Versorgungsnetz potentialgetrennte Betriebsspannung für eine Last, wie bspw. einen HF-Generator, mittels eines Hochsetzstellers und eines nachgeschalteten Leistungsversorgungsteils bereit. Eine Steuereinrichtung wirkt steuernd sowohl auf den Hochsetzsteller wie auch auf das Leistungsversorgungsteil ein. Der Hochsetzsteller bewirkt eine Leistungsfaktorkorrektur. Er dient dazu, einen möglichst nahezu sinusförmigen Strom aus dem Spannungsversorgungsnetz zu entnehmen und daraus eine Gleichspannung zu erzeugen (Zwischenkreisspannung). Die Zwischenkreisspannung wird von dem Leistungsversorgungsteil in eine Spannung zur Versorgung der Last, d.h. beispielsweise des HF-Generators, umgesetzt. Der Hochsetzsteller ist von einer PFC-Steuerschaltung gesteuert. Das Leistungsversorgungsteil ist von einer Betriebsteuerschaltung gesteuert. Die PFC-Steuerschaltung und die Betriebssteuerschaltung sind über eine digitale Kommunikationsschnittstelle miteinander verbunden. Die PFC-Steuerschaltung, das Leistungsversorgungsteil und die digitale Kommunikationsschnittstele bilden gemeinsam die Steuereinrichtung.
  • Vorrangige Aufgabe der Betriebssteuerschaltung ist die Steuerung der Last, d.h. beispielsweise des HF-Generators und des zugehörigen Leistungsversorgungsteils. Vorrangige Aufgabe der PFC-Steuerschaltung hingegen ist die Steuerung des Hochsetzstellers. Vorzugsweise kann die PFC-Steuerschaltung außerdem ein Kleinspannungsversorgungsteil steuern, das wie das Leistungsversorgungsteil an die Zwischenkreisspannung angeschlossen ist. Das Kleinspannungsversorgungsteil dient zur Erzeugung einer Kleinspannung von zum Beispiel 12V, die potentialmäßig von dem Spannungsversorgungsnetz getrennt ist.
  • Die digitale Kommunikationsschnittstelle zwischen der PFC-Steuerschaltung und der Betriebssteuerschaltung ermöglicht einen Datenaustausch zwischen beiden, wobei die PFC-Steuerschaltung und die Betriebssteuerschaltung ansonsten autonom arbeiten. Die PFC-Steuerschaltung enthält beispielsweise einen Mikrocontroller oder eine sonstige vorzugsweise programmierbar ausgebildete Steuereinrichtung. Sie kann programmierte Regeleigenschaften aufweisen. Dazu kann ein programmiertes Einschwingverhalten, eine einstellbare Strombegrenzung sowie die Unterspannungserkennung, die Überspannungserkennung, die Überstromerkennung und auch das Umschalten von Bauelementen je nach gemessener Eingangsspannung gehören. Bauelemente, die eingangsspannungsabhängig umgeschaltet werden können, sind insbesondere induktive Speicherelemente des Hochsetzstellers. Die Unterspannungserkennung, die Überspannungserkennung, die Überstromerkennung oder ähnliches kann zur Erzeugung von Signalen genutzt werden.
  • Die digitale Kommunikationsschnittstelle ermöglicht die Meldung solcher Ereignisse (Unterspannung, Überspannung, Überstrom und dergleichen) durch Übertragung von Signalen (Ereignissignalen) von der PFC-Steuerschaltung an die Betriebssteuerschaltung. Auf diese Weise kann die Betriebssteuerschaltung beispielsweise über einen Netzausfall informiert werden, bevor die Zwischenkreisspannung signifikant absinkt. In Reaktion darauf, kann sie alle größeren Energieverbraucher (Last, Display, Lüfter und dergleichen) abschalten und mit der verbleibenden, zum Beispiel auf Pufferkondensatoren des Zwischenkreises gespeicherter, Restenergie Datensicherung betreiben und aktive Controller in einen definierten Ruhezustand überführen.
  • Die PFC-Steuerschaltung und die Betriebssteuerschaltung sind vorzugsweise voneinander räumlich getrennt aufgebaut. Sie können dabei auf einer Platine oder auch in unterschiedlichen Bausteinen untergebracht sein. Die räumliche und funktionelle Trennung der PC-Steuerschaltung von der Betriebssteuerschaltung ermöglicht eine einfache galvanische Trennung und eine Spezialisierung der PFC-Steuerschaltung auf die Aufgaben bei der Steuerung des Hochsetzstellers und eventuell eines Kleinspannungsversorgungsteils während die Betriebssteuerschaltung auf die Steuerung der Last und des Leistungsversorgungsteils optimiert sein kann. Es können somit die PFC-Steuerschaltung und die Betriebssteuerschaltung als Module beispielsweise für verschiedene Anwendungs- oder Leistungsklassen bereitgehalten und jeweils durch die digitale Kommunikationsschnittstelle miteinander verbunden werden. Dies schafft einfache Adaptionsund Gestaltungsmöglichkeiten zum Aufbau verschiedener Leistungsversorgungsteile für verschiedene Aufgaben mittels typisierter Bausteine.
  • Die Last kann ein HF-Generator sein, der in verschiedenen Betriebsarten mit unterschiedlicher Leistungsaufnahme betreibbar ist. Zum Beispiel sind die Leistungsaufnahme der Last und die von ihr zu erzeugende HF-Spannung beim Schneiden typischerweise deutlich größer als beim Koagulieren. Die Betriebssteuerschaltung kann die Last, d.h. den HF-Generator steuern, um die verschiedenen Betriebsmodi zu veranlassen. Sie kann zugleich das Leistungsversorgungsteil an verschiedene Betriebsarten anpassen, indem es beispielsweise auf verschiedene gewünschte Spannungen eingestellt wird (z.B. 5 V ... 250 V, je nachdem, ob Koaguliert oder geschnitten werden soll). Zugleich (oder zuvor) kann die Steuerschaltung über die digitale Kommunikationsschnittstelle ein Signal an die PFC-Steuerschaltung geben, um diese an unterschiedliche Leistungen anzupassen. Damit können Regelvorgänge, die ansonsten bei Lastsprüngen zur Konstanthaltung der Zwischenkreisspannung ablaufen, vermieden oder deutlich verkürzt werden. Die PFC-Steuerschaltung kann so vorausschauend gesteuert werden. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn die Betriebssteuerschaltung so ausgebildet ist, dass sie über die digitale Kommunikationsschnittstelle vor Umschalten der Betriebsarbeit ein Signal an die PFC-Steuerschaltung sendet, um diese auf die bevorstehende geänderte Leistungsaufnahme der Last einzustellen. Damit kann sichergestellt werden, dass in dem Zwischenkreis zu Beginn eines Schneidvorgangs die für den Anschnitt erforderliche Energie auch tatsächlich bereitgestellt ist und zur Verfügung steht.
  • Die PFC-Steuerschaltung kann wie erwähnt zusätzlich einen potentialtrennenden Gleichspannungs-GleichspannungsWandler steuern. Vorzugsweise kann dieser als potentialtrennender Sperrwandler ausgebildet sein. Weiter vorzugsweise weist dieser Sperrwandler einen Synchrongleichrichter auf. Die PFC-Steuerschaltung kann sowohl den primärseitigen elektronischen Schalter des Sperrwandlers als auch den Synchrongleichrichter steuern. Durch Hinterlegung entsprechender Kennlinien und Timing-Schemata in der PFC-Steuerschaltung kann erreicht werden, dass der Sperrwandler und der angeschlossene Synchrongleichrichter über einen weiten Lastbereich mit hohem Wirkungsgrad arbeiten und außerdem der elektronische primärseitige Schalter sicher in den Stromnulldurchgängen geschaltet wird. Entsprechendes gilt für den elektronischen Schalter des Synchrongleichrichters.
  • Bei dem Verfahren kann die Betriebssteuerschaltung vor einer Laständerung über die Kommunikationsschnittstelle ein Signal an die PFC-Steuerschaltung senden, um den Betrieb des Hochsetzstellers an die bevorstehende Änderung des Leistungsbedarfs der Last anzupassen. Dies verbessert das Betriebsverhalten des Leistungsversorgungsteils und eines angeschlossenen HF-Generators oder einer sonstigen Last. Auch können in dem Hochsetzsteller gewonnene Daten an die Betriebssteuerschaltung gemeldet werden, z.B. um ein geordnetes Abschalten des Chirurgiegeräts ohne Verlust von gemessenen Daten, Einstellungen und Parametern zu bewirken.
  • Die PFC-Steuerschaltung 29 kann bei stationärem Betrieb über den Ausgang des Kleinspannungsversorgungsteils mit Betriebsspannung versorgt werden. Dieses wird allerdings von der PFC-Steuerschaltung selbst gesteuert, so dass um den Anlauf zu beschleunigen oder überhaupt erst zu ermöglichen, eine Startschaltung vorgesehen sein kann. Vorzugsweise ist diese mit mindestens einem elektronischen Schalter versehen, der einen resistiven Strompfad von dem Gleichspannungszwischenkreis zu dem Betriebsspannungseingang der PFC-Steuerschaltung so lange freigibt, bis das Kleinspannungsversorgungsteil zuverlässig Betriebsspannung liefert. Sobald dies der Fall ist, wird die Startschaltung inaktiv. Somit werden ohmsche Verluste in ihrem zur temporären Versorgung dienenden Strompfad minimiert.
  • Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder von Unteransprüchen. Es zeigen:
    • Figur 1 ein Chirurgiegerät zur Speisung eines chirurgischen Instruments, in schematisierter Gesamtdarstellung.
    • Figur 2 das Chirurgiegerät nach Figur 1, in Blockdarstellung.
    • Figur 3 bis 6 Komponenten des Chirurgiegeräts nach Figur 1 und 2, in schematisierter Schaltplandarstellung.
  • In Figur 1 ist ein Chirurgiegerät 10 veranschaulicht, das zur Speisung eines chirurgischen Instruments 11 dient. Das Instrument 11 kann ein offenchirurgische Instrument oder ein Instrument zur laparoskopischen Anwendung sein. Es kann, wie dargestellt, monopolar ausgebildet sein, wobei an dem zu behandelnden Patienten oder Objekt eine Neutralelektrode 12 zu befestigen ist. Das Instrument 11 kann auch bipolar ausgebildet sein. In diesem Fall entfällt die Neutralelektrode 12 und das Instrument 11 wird über eine zweiadrige Leitung versorgt. Das Instrument 11 und die Neutralelektrode 12 sind über Leitungen 13, 14 mit dem Chirurgiegerät 10 verbunden, um mit Strom und gegebenenfalls anderen Medien, wie bspw. Spülflüssigkeit oder dergleichen, versorgt zu werden.
  • Das Chirurgiegerät 10 enthält zur Speisung des Instruments 11 beispielsweise einen HF-Generator 15, der aus dem Blockbild nach Figur 2 hervorgeht. Er bildet zusammen mit dem angeschlossenen Instrument 11 bzw. den im Stromkreis befindlichen Patienten eine elektrische Last 16. Die elektrische Leistung zum Betrieb dieser Last 16 entstammt einem Versorgungsnetz 17 an welches das Chirurgiegerät 10 über einen Netzleitung 17a angeschlossen ist. Zwischen der Last 16 (bzw. dem Generator 15) und dem über die Netzleitung 17a angeschlossenen Versorgungsnetz 17 ist ein Netzteil 18 angeordnet, dass die für die Last 16 erforderliche Betriebsspannung und den erforderlichen Betriebsstrom bereitstellt. Außerdem bewirkt das Netzteil 18 eine Potentialtrennung zwischen der Last 16 und dem Versorgungsnetz 17.
  • Aus Figur 2 sind wesentliche Baugruppen des Chirurgiegeräts 10 ersichtlich. Zu dem Netzteil 18 gehört ein Hochsetzsteller 19 zur Leistungsfaktorkorrektur. Der Hochsetzsteller 19 entnimmt über die Netzleitung 17a aus dem Versorgungsnetz 17 Strom und speist einen Gleichspannungszwischenkreis 20 mit einer Gleichspannung gewünschter Größe, die vorzugsweise größer als der Spitzenwert der zugeführten Netzspannung ist (bspw. 400 V). An den Gleichspannungszwischenkreis 20 ist ein Leitungsversorgungsteil 21 angeschlossen, das zur Speisung der Last 16 mit einer geeigneten, vorzugsweise innerhalb eines weiten Stellbereichs festlegbaren Spannung von z.B. 5 bis 250 Volt dient.
  • Das Leistungsversorgungsteil 21 ist schematisch aus Figur 5 ersichtlich. Es enthält einen Transformator 22, der der Potentialtrennung dient und somit das Netzteil 18 einem Netzspannungspotential führenden netzseitigen ersten Bereich 23 und einem vom Netzpotential getrennten patientenseitigen zweiten Bereich 24 zuordnet. Die beiden Bereiche 23, 24 umfassen sowohl das Netzteil 18 wie auch eine Steuereinrichtung 25.
  • Zu dem Netzteil 18 gehört zumindest optional ein Kleinspannungsversorgungsteil 26, das eingangsseitig mit dem Gleichspannungszwischenkreis 20 verbunden ist und an seinem Ausgang 27 eine geeignete Kleinspannung von zum Beispiel 12V bereitstellt. Das Kleinspannungsversorgungsteil 26 ist in Figur 4 gesondert veranschaulicht. Es enthält wiederum einen Transformator 28 zur Potentialtrennung, so dass das Kleinspannungsversorgungsteil 26 wie auch das Leistungsversorgungsteil 21 teilweise zu dem netzseitigen Bereich 23 und zu einem anderen Teil zu dem patientenseitigen Bereich 24 gehört.
  • Gleiches gilt für die Steuereinrichtung 25. Diese umfasst eine PFC-Steuerschaltung 29, die in dem netzseitigen Bereich 23 liegt. Außerdem umfasst die Steuereinrichtung 25 eine Betriebssteuerschaltung 30, die in dem patientenseitigen Bereich 24 liegt. Die PFC-Steuerschaltung 29 und die Betriebssteuerschaltung 30 sind über eine vorzugsweise bidirektionale Potential trennende digitale Kommunikationsschnittstelle 31 miteinander verbunden.
  • Die PFC-Steuerschaltung 29 steuert den Betrieb des Hochsetzstellers 19 und, sofern vorhanden, außerdem den Betrieb des Kleinspannungsversorgungsteils 26. Diese Wirkbeziehungen sind in Figur 2 durch Pfeile 32, 33 veranschaulicht. Außerdem kann von dem netzseitigen Bereich 23 des Netzteils 18 zum Beispiel von dem Hochsetzsteller 19 Information an die PFC-Steuerschaltung 29 geliefert werden, was Pfeil 34 andeutet.
  • Die Betriebssteuerschaltung 30 steuert zumindest das Leistungsversorgungsteil, das Pfeil 35 symbolisiert. Außerdem kann die Betriebssteuerschaltung 30 darauf eingerichtet sein, die Last 16 zu steuern sowie Informationen von der Last 16 zu erhalten, was Pfeil 36 andeutet. Zur Steuerung der Last 16 kann die Betriebssteuerschaltung 30 zum Beispiel die Betriebsarten vorgeben, wie bspw. Schneiden oder Koagulieren. Die Betriebssteuerschaltung 30 kann zum Beispiel Informationen über Spannungen und/oder Ströme eingangsseitig oder ausgangsseitig an dem HF-Generator 15 erhalten.
  • Figur 3 beschreibt eine Ausführungsform des Hochsetzstellers 19, unter Beschränkung auf seine Grundbestandteile. Eingangsseitig ist ein Netzgleichrichter 37 vorgesehen. An diesen schließt sich eine Reihenschaltung aus einem elektronischen Schalter 38 und einem induktiven Bauelement 39 an. Die Steuerelektrode des elektronischen Schalters 38, der beispielsweise als MOSFET ausgebildet ist, erhält Steuerimpulse über die durch den Pfeil 32 bezeichnete Leitung von der PFC-Steuerschaltung 29. Ausgangsseitig enthält der Hochsetzsteller eine Gleichrichterdiode 40 und einen Pufferkondensator 41. An geeigneter Stelle, beispielsweise am Ausgang des Netzgleichrichters 37, kann ein Netzspannungssignal abgegriffen und an die PFC-Steuerschaltung 29 geliefert werden. Außerdem kann an geeigneter Stelle ein Shunt 42 vorgesehen sein, dessen Spannungsabfall ebenfalls an die PFC-Steuerschaltung 29 geliefert wird (Pfeil bzw. Klammer 34 in Figur 3). An seinem Ausgang speist der Hochsetzsteller 19 den Gleichspannungszwischenkreis 20.
  • An den Gleichspannungszwischenkreis 20 sind das Leistungsversorgungsteil 21 nach Figur 5 sowie gegebenenfalls das Kleinspannungsversorgungsteil 26 nach Figur 4 angeschlossen.
  • Das Leistungsversorgungsteil 21 umfasst einen Wechselrichter 43, vorzugsweise ausgebildet als Vollbrückenwechselrichter. Dieser umfasst dann vier elektronisch steuerbare Schalter, die über die Wirkverbindung 35 von der Betriebssteuerschaltung 30 gesteuert sind. An den Wechselrichter 43 ist die Primärwicklung 44 des Transformators 22 angeschlossen. Seine Sekundärwicklung 45 ist mit einem Gleichrichterblock 46 verbunden, dessen Ausgang 47 die Last 16 mit einer Gleichspannung von zum Beispiel 5 bis 250 V versorgt. Der Gleichrichterblock 46 kann wie dargestellt durch eine Dioden-Brückenschaltung oder auch durch fremdgesteuerte Schalter als Synchrongleichrichter ausgebildet sein. Die Größe der Gleichspannung ist vorzugsweise durch entsprechende Steuerung des Wechselrichterblocks 43 durch die Betriebssteuerschaltung 30 steuerbar.
  • Das für kleinere Leistungen ausgelegte Kleinspannungsversorgungsteil 26 ist vorzugsweise als Sperrwandlerschaltung ausgebildet. Die Primärwicklung 48 des Transformators 28 ist mit einem elektronischen Schalter 49 in Reihe geschaltet. Die Steuerelektrode des elektronischen Schalters 49 ist über geeignete Impulsübertragungsmittel mit der PFC-Steuerschaltung 29 verbunden. Die Sekundärwicklung 50 des Transformators 28 ist über einen elektronischen Schalter 51 mit einem oder mehreren Pufferkondensatoren 52 verbunden, zwischen denen sich ein Siebwiderstand 53 oder auch eine entsprechende Drossel befinden kann. Die Steuerelektrode des elektronischen Schalters 51 ist über die durch den Fall 33 bezeichnete Wirkverbindung von der PFC-Steuerschaltung 29 gesteuert.
  • Die PFC-Steuerschaltung 29 kann durch einen Mikrocontroller gebildet sein, der das Timing des Ein- und Ausschaltens der elektronischen Schalter 49, 41 derart aufeinander abstimmt, dass der Schalter 51 einen Synchrongleichrichter bildet.
  • In Figur 6 ist eine Startschaltung 57 veranschaulicht, die dazu dient die PFC-Steuerschaltung 29 nach dem Start so lange mit Betriebsspannung zu versorgen bis das Kleinspannungsversorgungsteil 26 stabil arbeitet. Die Startschaltung 57 ist dabei an den Gleichspannungszwischenkreis 20 angeschlossen. Von dort erstreckt sich mindestens ein ohmscher Widerstand, vorzugsweise eine Widerstandskette 58, zu einem elektronischen Schalter 59. Die Reihenschaltung aus Widerstandskette 58 und elektronischem Schalter 59 bildet einen Strompfad von dem Gleichspannungszwischenkreis 20 zu einer kleinspannungsführenden Leitung 60, die mit dem Betriebsspannungseingang V0 der PFC-Steuerschaltung 29 verbunden ist. Die Leitung 60 ist mittels eines Kondensators 61 gegen Masse gepuffert. Der Kondensator 61 ist mit einer Z-Diode 62 zur Spannungsbegrenzung überbrückt.
  • Die kleinspannungsführende Leitung 60 ist über einen Speisestrompfad mit dem Ausgang 27 des Kleinspannungsversorgungsteils 26 verbunden. Der Versorgungsstrompfad wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die Basis-Emitter-Diode eines oder mehrerer parallel geschalteter Transistoren, vorzugsweise npn-Transistoren 63 gebildet. Der Versorgungsstrompfad bildet den Steuereingang für den elektronischen Schalter 59. Sobald ein ausreichender Strom durch den Versorgungsstrompfad fließt, geht der elektronische Schalter 59 in seinen AUS-Zustand. Im Ausführungsbeispiel ist der elektronische Schalter 59 ein FeldeffektTransistor, dessen Gate 64 mit dem Kollektor des Transistors 63 sowie über einen Pull-Up-Widerstand 65 mit der Widerstandskette 58 verbunden ist. Außerdem kann sein Gate über eine spannungsbegrenzende Z-Diode mit seinem Source-Anschluss verbunden sein. Der Feldeffekttransistor leitet, wenn sein Gate 64 ausreichend positiv gegenüber seinem Source-Anschluss ist. Er sperrt, wenn das Gate 64 auf oder nahe bei Source-Potential liegt.
  • Weitere Eigenschaften der insoweit strukturell und von der Grundarchitektur hier beschriebenen Schaltung des Chirurgiegeräts 10 ergeben sich aus der nachfolgenden Funktionsbeschreibung:
    • Die Komponenten und Blöcke des Chirurgiegeräts sind so ausgebildet, dass die nachfolgend beschriebene Funktion erbracht wird oder erbracht werden kann:
      • Es wird zunächst davon ausgegangen, dass das Chirurgiegerät 10 in Betrieb gesetzt worden ist.
  • Zunächst können wegen fehlender Steuerimpulse aus der PFC-Steuerschaltung 29 und der Betriebssteuerschaltung 30 weder beider Hochsetzstellern noch das Leistungsversorgungsteil 21, noch das Kleinspannungsversorgungsteil 26 wegen fehlender Steuerimpulse aus der PFC-Steuerschaltung 29 und der Betriebssteuerschaltung 30 arbeiten. Über die Diode 40 erhält der Pufferkondensator 41 gleichgerichtete Netzhalbwellen und lädt sich somit auf eine Spannung auf, die zunächst niedriger ist als die gewünschte Zwischenkreisspannung. Es aktiviert sich nun die Startschaltung 57, indem über die Widerstandskette 58 und dem Pull-Up-Widerstand 65 eine positive Spannung an das Gate 64 gelangt. Der Schalter 59 wird somit leitend (ON), wodurch ein durch die Widerstandskette 58 begrenzter Ladestrom auf den Kondensator 61 fließt und diesen lädt. Die sich aufbauende Spannung wird durch die Z-Diode 62 begrenzt. Somit wird der Anfangsbetrieb der PFC-Steuerschaltung 29 ermöglicht. Diese kann nun Steuerimpulse zu dem Hochsetzstelle 19 schicken, womit dieser seinen Betrieb aufnimmt und die gewünschte Zwischenkreisspannung auf dem Kondensator 41 aufbaut. Zugleich kann das Kleinspannungsversorgungsteil 26 unter der Kontrolle der PFC-Steuerschaltung 29 seinen Betrieb aufnehmen und an seinem Ausgang 27 die gewünschte und erforderliche Spannung bereitstellen. Es fließt ein Versorgungsstrom über die Basis-Emitter-Diode des Transistors 63 auf die Leitung 60, wodurch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 63 leitend wird. Das Gate 64 des Feldeffekttransistors wird dadurch auf Sourcepotential gezogen. Jedenfalls fällt die Gate-Source-Spannung unter die Schwellspannung des Feldeffekttransistors ab, wodurch dieser sperrt (OFF). Die Widerstandskette 58 wird dadurch strom- und verlustleistungslos. Der stationäre Betrieb der PFC-Steuerschaltung 29 ist damit erreicht. Die Widerstandskette kann so einerseits relativ niederohmig ausgelegt sein, um einerseits einen schnellen Start zu ermöglichen und den hohen Strombedarf der PFC-Steuerschaltung zu befriedigen, wobei andererseits durch die automatische Selbstabschaltung die im Betrieb auftretende Verlustleistung minimiert ist.
  • Nun setzt der Hochsetzsteller 19 die wellige gleichgerichtete Netzwechselspannung in eine Gleichspannung von zum Beispiel 400 V um. Der elektronische Schalter 38 wird dazu von der PFC-Steuerschaltung 29 mit einer deutlich über der Netzfrequenz liegenden Frequenz geöffnet und geschlossen. Es kann vorgesehen sein, dass die PFC-Steuerschaltung 29 die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis 20 überwacht und das Tastverhältnis des Schalters 38 so reguliert, dass die gewünschte Gleichspannung eingehalten wird.
  • Es wird nun davon ausgegangen, dass die Betriebssteuerschaltung 30 einen bestimmten Betrieb des Instruments 11 vorzugeben hat, beispielsweise Koagulationsbetrieb. Diese Betriebsart kann beispielsweise durch ein oder mehrere Bedienelemente 54 am Gehäuse des Chirurgiegeräts 10 ausgewählt und durch ein oder mehrere Anzeigeeinrichtungen 55 signalisiert werden. Außerdem kann die Anzeigeeinrichtung 55 dazu ausgelegt sein, weitere Parameter wie Strom, Spannung, Koagulationsdauer oder dergleichen anzuzeigen.
  • Setzt der Anwender nun das Instrument am Anwendungsort ein und betätigt er beispielsweise ein Bedienelement 56 am Handgriff des Instruments 11, ist zum Beispiel der Generator 15 zu aktivieren. Die Betriebssteuerschaltung 30 stellt zuvor über die Wirkverbindung 35 das Leistungsversorgungsteil 21 so ein, dass an dem Ausgang 47 die zur Koagulation erforderliche Spannung ansteht. Dies erfolgt durch entsprechende Taktung der Schalter des Wechselrichters 43. Über die Wirkverbindung 36 kann dann der Generator 15 aktiviert und seine Parameter beispielsweise die Größe des Stroms und/oder die Größe der abgegebenen Spannung überwacht werden. Der HF-Generator 15, die Betriebssteuerschaltung 30 und das Leistungsversorgungsteil 21 können so eine Regelschleife bilden, um die gewünschten Parameter kontrolliert einzuhalten oder nach vorgebbaren Funktionen zu steuern.
  • Die Betriebsteuerschaltung 30 kann auch andere Betriebsarten steuern, beispielsweise Schneidbetrieb mit Anschnitt im feuchten Milieu. Hierzu ist erhöhte Leistung erforderlich. Während die Betriebssteuerschaltung 30 die Regulierung der Spannung an dem Ausgang 47 über Beeinflussung des Leistungsversorgungsteils 21 bewirkt, kann sie die bevorstehende erhöhte Leistungsanforderung über die Kommunikationsschnittstelle 31 an die PFC-Steuerschaltung 29 melden. Diese kann darauf eingerichtet sein, den über den Shunt 42 gemessenen Eingangsstrom kurzzeitig zu erhöhen. Die PFC-Steuerschaltung weicht dazu von ihrem sonst eingenommenen Betrieb der Konstanthaltung der Spannung im Gleichspannungszwischenkreis 20 ab. Diese wird normalerweise konstant ausgeregelt, indem die Spannung gemessen und durch die PFC-Steuerschaltung 29 mit einem Sollwert verglichen wird. Aus der Spannungsdifferenz wird ein Stromsollwert errechnet, der mit dem an dem Shunt 42 gemessenem tatsächlichen Strom verglichen wird. Bei stationärem Betrieb wird der Schalter 38 so angesteuert, dass der tatsächliche Strom dem Sollstrom entspricht.
  • In Vorwegnahme und Vorbereitung eines transienten Vorgangs, insbesondere einer sprungartigen Zunahme des Leistungsbedarfs der Last 16, kann die PFC-Steuerschaltung 29 zu dem Stromsollwert einen Offset hinzuaddieren und für eine gegebene oder gewählte Zeit einhalten. Dadurch fördert der Hochsetzsteller 19 mehr Energie in den Gleichspannungszwischenkreis 20, die nun für den Leistungsversorgungsteil 21 und der Last 16 zur Verfügung steht, beispielsweise um einen Anschnittvorgang zu bewirken.
  • In dieser Konfiguration ist es möglich, vorausschauend zu bevorstehenden Laständerungen zu agieren. Dadurch werden Spannungseinbrüche vermieden, die im Gleichspannungszwischenkreis 20 sonst auftreten könnten und durch die Spannungsregelung ausgeglichen werden müssten, wenn auf Lastsprünge lediglich regiert würde.
  • Die Kommunikationsschnittstelle 31 zwischen der PFC-Steuerschaltung 29 und der Betriebssteuerschaltung 30 ermöglicht darüber hinaus weitere vorteilhafte Verhaltensweisen des Chirurgiegeräts 10. Beispielsweise kann bei einem Netzausfall, d.h. Wegfall der Netzspannung an der Netzleitung 17, dies über die durch den Pfeil 34 bezeichnete Wirkverbindung sofort der PFC-Steuerschaltung 29 und von dieser über die Kommunikationsschnittstelle 31 der Betriebssteuerschaltung 30 mitgeteilt werden. Eine mögliche Reaktion ist in einem solchen Fall, dass die Betriebssteuerschaltung 30 den Leistungsversorgungsteil 21 sofort stillsetzt, um einen möglichst langen Weiterbetrieb des Kleinspannungsversorgungsteils 26 aus der in Gleichspannungszwischenkreis 20 zum Beispiel auf dem Pufferkondensator 41 gespeicherten Energie zu ermöglichen. Der wenigstens Teile einer Sekunde oder auch mehrere Sekunden mögliche Weiterbetrieb des Kleinspannungsversorgungsteils 26 ermöglicht es dann, auf nicht weiter veranschaulichten Komponenten, wie insbesondere Speichern und Rechenbausteinen vorhandene Daten und Einstellwerte abzuspeichern und den Betrieb dann geordnet zu beenden. Energiezehrende Komponenten, wie insbesondere die Anzeigeeinrichtung 55, die Last 16 oder dergleichen, werden hingegen sofort stillgesetzt.
  • Das erfindungsgemäße Chirurgiegerät 10 weist ein Netzteil 18 auf, das mindestens einen Hochsetzsteller 19 und mindestens einen Leistungsversorgungsteil 21 enthält. Der Hochsetzsteller 19 oder bevorzugterweise das Leistungsversorgungsteil 21 bewirkt eine Potentialtrennung. Zwischen beiden ist ein Gleichspannungszwischenkreis 20 vorgesehen. Der Hochsetzsteller 19 wird von einer eigenen PFC-Steuerschaltung 29 betrieben. Das Leistungsversorgungsteil 21 wird hingegen von der Betriebsteuerschaltung 30 betrieben, die den allgemeinen Betrieb des Chirurgiegeräts 10 steuert. Zwischen der PFC-Steuerschaltung 29 und der Betriebssteuerschaltung 30 ist eine digitale Kommunikationsschnittstelle 31 vorgesehen, über die die Betriebssteuerschaltung 30 zusätzliche Informationen aus dem Hochsetzsteller 19 erhalten oder an diesen übergeben kann. Damit ist eine besonders schnelle und sichere Reaktion bei Netzspannungsausfall möglich. Außerdem kann der Hochsetzsteller vorausschauend unter Vorwegnahme bevorstehender Laständerungen betrieben werden. Dadurch können Betriebseigenschaften des Chirurgiegeräts 10 verbessert werden, beispielsweise hinsichtlich des Anschnitts oder dergleichen.
    • Bezugszeichenliste:
    • 10
    Chirurgiegerät
    11
    Instrument
    12
    Neutralelektrode
    13
    Leitung zum Instrument 11
    14
    Leitung zur Neutralelektrode 12
    15
    HF-Generator
    16
    Last
    17
    Versorgungsnetz
    17a
    Netzleitung
    18
    Netzteil
    19
    Hochsetzsteller PFC
    20
    Gleichspannungszwischenkreis
    21
    Leistungsversorgungsteil
    22
    Transformator
    23
    netzseitiger Bereich
    24
    patientenseitiger Bereich
    25
    Steuereinrichtung
    26
    Kleinspannungsversorgungsteil
    27
    Ausgang des Kleinspannungsversorgungsteils 26
    28
    Transformator des Kleinspannungsversorgungsteils 26
    29
    PFC-Steuerschaltung
    30
    Betriebssteuerschaltung
    31
    Kommunikationsschnittstelle
    32 - 36
    Pfeile
    37
    Netzgleichrichter
    38
    Schalter
    39
    induktives Bauelement
    40
    Diode
    41
    Pufferkondensator
    42
    Shunt
    43
    Wechselrichter
    44
    Primärwicklung des Transformators 22
    45
    Sekundärwicklung des Transformators 22
    46
    Gleichrichterblock
    47
    Ausgang des Gleichrichterblocks 46
    48
    Primärwicklung des Transformators 28
    49
    elektronsicher Schalter
    50
    Sekundärwicklung des Transformators 28
    51
    elektronischer Schalter
    52
    Pufferkondensatoren
    53
    Siebwiderstand
    54
    Bedienelemente
    55
    Anzeigeeinrichtungen
    56
    Bedienelement
    57
    Startschaltung
    58
    Widerstandskette
    59
    elektronischer Schalter
    60
    kleinspannungsführende Leitung
    61
    Kondensator
    62
    Z-Diode
    63
    Transistor
    64
    Gate
    65
    Pull-Up-Widerstand

Claims (15)

  1. Chirurgiegerät (10), insbesondere HF-chirurgisches Gerät, zur Speisung eines chirurgischen Instruments (11),
    mit einem Hochsetzsteller (19), der dazu eingerichtet ist, eine Netzwechselspannung in eine Zwischenkreisspannung umzusetzen und einen Gleichspannungszwischenkreis (20) zu speisen,
    mit einem Leistungsversorgungsteil (21), das einen an den Zwischenkreis (20) angeschlossenen Wechselrichter (43) und einen Transformator (22) aufweist, der eine an den Wechselrichter (43) angeschlossene Primärwicklung (44) und eine Sekundärwicklung (45) zur Speisung einer Last (16) aufweist,
    mit einer Steuereinrichtung (25), die eine steuernd an den Hochsetzsteller (19) angeschlossene PFC-Steuerschaltung (29) und eine steuernd an das Leistungsversorgungsteil (21) angeschlossene Betriebssteuerschaltung (30) aufweist, die über eine digitale Kommunikationsschnittstelle (31) miteinander verbunden sind.
  2. Chirurgiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebssteuerschaltung (30) außerdem steuernd an die Last (16) angeschlossen ist.
  3. Chirurgiegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Last (16) in verschiedenen Betriebsarten betreibbar ist, in denen sie unterschiedliche Leistungsaufnahmen aufweist.
  4. Chirurgiegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebssteuerschaltung (30) darauf eingerichtet ist, die Betriebsart der Last (16) vorzugeben und dass die Betriebssteuerschaltung (30) weiter darauf eingerichtet ist, die Leistungsversorgungseinheit (21) und die PFC-Steuerschaltung (29) der Betriebsart der Last (16) entsprechend zu steuern.
  5. Chirurgiegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebssteuerschaltung (30) darauf eingerichtet ist, die Leistungsversorgungseinheit (21) vor Umschalten der Betriebsart auf die bevorstehende geänderte Leitungsaufnahme der Last (16) einzustellen.
  6. Chirurgiegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Kommunikationsschnittstelle (31) potentialtrennend ausgebildet ist.
  7. Chirurgiegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Kommunikationsschnittstelle (31) bidirektional arbeitend ausgebildet ist.
  8. Chirurgiegerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebssteuerschaltung (30) darauf eingerichtet ist, die PFC-Steuerschaltung (29) über die digitale Kommunikationsschnittstelle (31) vor Umschalten der Betriebsart auf die bevorstehende geänderte Leitungsaufnahme der Last (16) einzustellen.
  9. Chirurgiegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Zwischenkreis (20) ein Kleinspannungsversorgungsteil (26) angeschlossen ist, das ein potentialtrennender Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler ist.
  10. Chirurgiegerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der potentialtrennende Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler einen Fluss- oder Sperrwandler mit einem Synchrongleichrichter (51) aufweist.
  11. Chirurgiegerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kleinspannungsversorgungsteil (26) von der PFC-Steuerschaltung (29) gesteuert ist.
  12. Chirurgiegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluss- oder Sperrwandler mindestens einen elektronischen Schalter (49) aufweist, der mit einer Primärwicklung (48) eines potentialtrennenden Transformators (28) in Reihe geschaltet ist, wobei der Schalter (49) von der PFC-Steuerschaltung (29) getaktet ist.
  13. Chirurgiegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchrongleichrichter einen elektronischen Schalter (51) mit einer Steuerelektrode aufweist, die mit Schaltimpulsen beaufschlagt ist, die von der PFC-Steuerschaltung (29) erzeugt sind.
  14. Chirurgiegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PFC-Steuerschaltung (29) über eine selbstabschaltende Startschaltung (57) mit dem Gleichspannungszwischenkreis (20) verbunden ist.
  15. Verfahren zur Bereitstellung von Betriebsleistung für eine Last, insbesondere eines HF-Generators zur Speisung eines chirurgischen Instruments (11),
    bei dem mit einem Hochsetzsteller (19), der eine Netzwechselspannung in eine Zwischenkreisspannung umsetzt, ein Zwischenkreis (20) gespeist wird, und
    bei dem mit einem Leistungsversorgungsteil (21), dem aus dem Zwischenkreis (20) elektrische Energie zugeführt wird, die Last (16) gespeist wird,
    wobei eine steuernd an den Hochsetzsteller (19) angeschlossene PFC-Steuerschaltung (29) über eine digitale Kommunikationsschnittstelle (31) mit Steuersignalen versorgt wird, die aus einer Betriebssteuerschaltung (30) stammen und Laständerungen kennzeichnen, und Statussignale an die Betriebssteuerschaltung sendet.
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